ЗАДАНИЕ к контрольной работе по дисциплине «Функциональное и логическое программирование»

ЗАДАНИЕ
к контрольной работе
по дисциплине «Функциональное и логическое программирование»
Часть №1. Знакомство с основами логического программирования (Prolog).............................. 1
Часть №2. Поиск с возвратом (Prolog) ............................................................................................. 2
Часть №3. Рекурсия (Prolog) ............................................................................................................. 5
Выбор варианта:
вариант задания контрольной работы выбирается по таблице,
в зависимости от последней цифры в номере зачетной книжки.
Последняя цифра
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
в номере зачетной книжки
Вариант
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Содержание отчета:
 титульный лист (указать номер зачетной книжки);
 задания;
 исходные тексты;
 выводы по работе.
Часть №1. Знакомство с основами логического программирования
(Prolog)
Задание (типовое):
Используя предикаты parent (symbol, symbol), man (symbol), woman (symbol),
married (symbol,symbol), записать факты, описывающие Вашу семью. Записать 6
правил вывода для любых родственных отношений в Вашей семье (например: мать,
отец, сестра, брат, племянница, племянник, тетя, дядя, внучка, внук, бабушка,
дедушка, двоюродная сестра, двоюродный брат и т.д.).
При отладке программы изучить и использовать возможности трассировки.
Написать программу без использования внутренней цели (без секции GOAL).
Во всех прочих программах используется внутренняя цель (в секции GOAL)
Методические указания:
Как правило, программа на Prolog’е состоит из двух программных секций: секции
предикатов PREDICATES и секции предложений CLAUSES.
В секции PREDICATES описываются собственные предикаты. Описание предикатов
заключается в их перечислении с указанием доменов (типов) их аргументов. Стандартные
предикаты объявлять не требуется. Формат объявления предиката:
predicate_name (argument_domain_1, argument_domain_2, …, argument_domain_n)
В секции CLAUSES помещаются предложения – факты и правила, составляющие
программу. Все предложения для одного предиката должны быть сгруппированы. Каждое
предложение заканчивается точкой. Формат записи предложений:
fact(object_1, object_2, …, object_n).
rule(Var_1, Var_2, …,Var_m):–subgoal_1, subgoal_2, …, subgoal_k.
Пример программы на Прологе:
PREDICATES
bird (symbol)
parent (symbol, symbol)
CLAUSES
bird (sparrow).
bird (X):- parent (Y, X), bird (Y).
% Воробей – это птица.
% X – это птица, если у него есть родитель,
% который является птицей.
parent (sparrow, nestling).
% Воробей – родитель птенца.
Для отладки программы можно использовать возможности трассировки. Трассировка
позволяет в пошаговом режиме проследить процесс нахождения решения.
Для того чтобы включить трассировку, можно первой строкой программы поместить
директиву trace. Для пошагового выполнения программы в режиме трассировки
используется клавиша F10.
При работе в режиме трассировки вся текущая информация появляется в окне
трассировки Trace.
Сообщения в окне трассировки могут быть следующими:
 CALL – вывод имени цели и значений ее параметров;
 FAIL – вывод имени неудачно завершившейся цели;
 REDO – вывод сообщения о том, что произведен поиск с возвратом;
 RETURN – вывод имени удачно завершившейся цели и значений ее параметров
(символ * показывает, что существуют другие решения).
Часть №2. Поиск с возвратом
(Prolog)
Задание:
Вариант 0
Написать программу, реализующую телефонный справочник. В справочнике
содержится следующая информация о каждом абоненте: имя и телефон. Реализовать
вывод всей информации из справочника, поиск телефона по имени, поиск имени по
телефону. Для удобства работы реализовать меню с соответствующими пунктами.
Вариант 1
Написать программу, реализующую географический справочник. В справочнике
содержится следующая информация: названия стран и площади страны. Реализовать
вывод всей информации из справочника, поиск по названию. Реализовать поиск по
площади, при этом должна быть возможность ввести некоторое пороговое значение
(например, вывести названия всех стран, площадь которых не менее 3 млн. км 2). Для
удобства работы реализовать меню с соответствующими пунктами.
Вариант 2
Написать программу, реализующую калькулятор на четыре арифметических действия
(без скобок).
Вариант 3
Написать программу, реализующую словарь. В словаре содержится следующая
информация: слово и его несколько переводов. Реализовать вывод всего словаря,
перевод с русского на английский, с английского на русский. Для удобства работы
реализовать меню с соответствующими пунктами.
Вариант 4
Написать программу, реализующую авиасправочник. В справочнике содержится
следующая информация о каждом рейсе: номер рейса, пункт назначения, цена билета.
Реализовать вывод всей информации из справочника, поиск пункта назначения по
номеру рейса. Реализовать поиск по пункту назначения с указанием максимально
возможной цены билета (должны быть выведены все рейсы, цена билета на которые
ниже указанного значения). Для удобства работы реализовать меню с
соответствующими пунктами.
Вариант 5
Написать программу для продажи театральных билетов. Должна быть представлена
следующая информация: спектакль, свободные места, цена билета. Реализовать вывод
всей информации о билетах, поиск билета по ряду. Реализовать поиск по цене с
указанием максимально возможной цены (должна быть выведена информация о
билетах, цены на которые ниже указанного значения). Для удобства работы
реализовать меню с соответствующими пунктами.
Вариант 6
Написать программу, реализующую автомагазин. Должна быть представлена
следующая информация о каждом автомобиле: модель, мощность двигателя, цвет,
цена. Реализовать вывод всей информации по автомобилям, поиск по цвету.
Реализовать поиск по мощности с указанием минимальной мощности (должна быть
выведена информация обо всех моделях, мощность которых выше указанного
значения). Для удобства работы реализовать меню с соответствующими пунктами.
Вариант 7
Написать программу, реализующую книжный магазин. Должна быть представлена
следующая информация: название книги, количество экземпляров, цена. Реализовать
вывод всей информации о книгах, поиск книги по названию. Реализовать поиск по
цене с указанием интервала возможной цены (должна быть выведена информация о
книгах, цены которых попадают в указанный интервал). Для удобства работы
реализовать меню с соответствующими пунктами.
Вариант 8
Написать программу для продажи туристических туров. Должна быть представлена
следующая информация: название тура, страна, продолжительность, цена.
Реализовать вывод информации обо всех турах, поиск тура по стране. Реализовать
поиск по продолжительности с указанием интервала возможной продолжительности
(должна быть выведена информация о турах, продолжительность которых попадает в
указанный интервал). Для удобства работы реализовать меню с соответствующими
пунктами.
Вариант 9
Написать программу для заказа мест в отеле. Должна быть представлена следующая
информация: название отеля, класс отеля, свободные места, цена номера. Реализовать
вывод информации обо всех свободных номерах, поиск отеля по классу. Реализовать
поиск по цене с указанием максимально возможной цены (должна быть выведена
информация о номерах, цены на которые ниже указанного значения) Для удобства
работы реализовать меню с соответствующими пунктами.
Методические указания:
Поиск с возвратом
Одной из важнейших особенностей языка Prolog является возможность поиска всех
решений. Поиск всех решений достигается использованием механизма поиска с возвратом.
Можно сформулировать четыре основных правила поиска с возвратом:
 Правило 1: подцели должны быть согласованы по порядку, слева направо;
 Правило 2: предложения проверяются в том порядке, в котором они появляются в
тексте программы;
 Правило 3: когда подцель сопоставляется с заголовком правила, тело этого
правила должно быть доказано (тело правила состоит, в свою очередь, из новых
подцелей, которые должны быть доказаны);
 Правило 4:
целевое
утверждение
считается
согласованным,
когда
соответствующие факты найдены для каждой листьевой вершины дерева целей.
Пример:
DOMAINS
name, thing=symbol
PREDICATES
hobby (name, thing)
reads (name)
is_inquisitive (name)
CLAUSES
hobby (“Ян”, “теннис”).
hobby (“Лена”, “лыжи”).
hobby (X, “книги”):- reads (X), is_inquisitive (X).
hobby (“Лена”, “книги”).
reads (“Ян”).
is_inquisitive (“Ян”).
Goal: hobby (Y, “теннис”), hobby (Y, “книги”).
Y=“Ян”
Для управления поиском решений существует два стандартных предиката:
 предикат fail, использующийся для поддержания поиска с возвратом;
 предикат ! (отсечение), использующийся для предотвращения поиска с возвратом.
Предикат fail всегда дает неудачу в доказательстве и, таким образом, поддерживает
поиск с возвратом.
Пример.
DOMAINS
name=symbol
PREDICATES
father (name, name)
everybody
CLAUSES
father (“Павел”, “Петр”).
father (“Петр”, “Михаил”).
father (“Петр”, “Иван”).
everybody:- father (X, Y), write (X, “это отец ”, Y, “а”), nl, fail.
GOAL
everybody.
Результатом работы будет вывод следующих сообщений, и работа программы
завершится с неуспехом:
Павел это отец Петра
Петр это отец Михаила
Петр это отец Ивана
Предикат ! (отсечение) убирает все точки возврата, то есть через отсечение нельзя
совершить поиск с возвратом.
Пример.
r(1):- !, a, b, c.
r(2):- !, d.
r(3):- !, e.
r(_):- write (“Это предложение-ловушка”).
Часть №3. Рекурсия
(Prolog)
Задание:
Вариант 0
Подсчитать, сколько раз встречается некоторая буква в строке. Строка и буква
должны вводиться с клавиатуры. Для разделения строки на символы использовать
стандартный предикат frontchar (String, Char, StringRest), позволяющий разделять
строку String на первый символ Char и остаток строки StringRest.
Вариант 1
Вычислить
значение
f(n)=f(n-1)+f(n-2).
Вариант 2
Вычислить произведение
суммирование).
n-го
двух
члена
целых
ряда
Фибоначчи:
положительных
f(0)=0,
чисел
f(1)=1,
(используя
Вариант 3
Подсчитать, сколько раз встречается некоторое слово в строке. Строка и слово
должны вводиться с клавиатуры. Для разделения строки на слова использовать
стандартный предикат fronttoken (String, Lexeme, StringRest), позволяющий разделить
строку String на первое слово Lexeme и остаток строки StringRest.
Вариант 4
Поменять порядок следования букв в слове на противоположный. Для разделения
строки на символы использовать стандартный предикат frontchar (String, Char,
StringRest), позволяющий разделять строку String на первый символ Char и остаток
строки StringRest.
Вариант 5
Вычислить сумму ряда целых нечетных чисел от 1 до n.
Вариант 6
Поменять порядок следования слов в предложении на противоположный. Для
разделения строки на слова использовать стандартный предикат fronttoken (String,
Lexeme, StringRest), позволяющий разделить строку String на первое слово Lexeme и
остаток строки StringRest..
Вариант 7
Вычислить сумму ряда целых четных чисел от 2 до n.
Вариант 8
Организовать ввод целых положительных чисел и их суммирование до тех пор, пока
сумма не превысит некоторого порогового значения. Введенные отрицательные целые
числа суммироваться не должны.
Вариант 9
Организовать ввод букв и их соединение в строку до тех пор, не будет введен символ
#. Для присоединения символа к строке использовать стандартный предикат
frontchar (String, Char, StringRest), позволяющий присоединять символ Char к строке
StringRest и получать строку String.
Методические указания:
Рекурсия
Рекурсивная процедура – это процедура, которая вызывает сама себя. Рекурсия –
хороший способ для решения задач, содержащих в себе подзадачу такого же типа.
Например, задача нахождения значения факториала n! сводится к нахождению
значения факториала (n-1)! и умножения найденного значения на n.
PREDICATES
factorial (integer, real)
CLAUSES
factorial (0, 1):-!.
%факториал
0!
равен
1
(граничное
условие,
%останавливающее рекурсию)
factorial (N, FactN):- M=N-1, factorial (M, FactM), FactN= FactM*N.
%факториал n! равен (n-1)!*n (рекурсивное условие)
Goal: factorial (3, FactN)
FactN=6
Для наглядного представления нахождения решения удобно использовать дерево
целей:
factorial (3, FactN)
------------------------factorial (3, 6)
M=N-1
---------2=3-1
factorial (2, FactM)
------------------------factorial (3, 2)
FactN=FactM*3
--------------------6=2*3
M’=M-1
---------1=2-1
factorial (1, FactM’)
------------------------factorial (1, 1)
FactM=FactM’*2
--------------------2=2*1
M’’=M’-1
---------0=1-1
factorial (0, FactM’’)
------------------------factorial (0, 1)
FactM’=FactM’’*1
--------------------1=1*1
У рекурсии есть большой недостаток, она требует памяти. Избежать этого недостатка
позволяет хвостовая рекурсия.
Рекурсия является хвостовой, если выполняются следующие условия:
 рекурсивный вызов является самой последней подцелью выражения;
 ранее в предложении не было возвратных точек.
Пример хвостовой рекурсии:
PREDICATES
count (real)
CLAUSES
count (N):- write (N), nl, NewN=N+1, count (NewN).
GOAL
count (1).
Примеры нехвостовой рекурсии:
PREDICATES
badcount1 (real)
badcount2 (real)
badcount3 (real)
CLAUSES
% рекурсивный вызов - не последняя подцель в предложении
badcount1 (N):- write (N), NewN=N+1, count (NewN), nl.
% перед рекурсивным вызовом в предложении есть точка возврата
badcount2 (N):- N>=0, write (N), nl, NewN=N-1, badcount2 (NewN).
badcount2 (N):- write (“N – отрицательное число”).
% перед рекурсивным вызовом в предложении есть точка возврата
badcount3 (N):- write (N), nl, NewN=N+1, check(NewN), badcount3 (NewN).
check (M):- M>=0.
check (M):- M<0.
Для преобразования рекурсии в хвостовую для предикатов badcount2 и badcount3
достаточно воспользоваться отсечением, которое уберет все точки возврата перед
рекурсивным вызовом.
badcount2 (N):- N>=0, !, write (N), nl, NewN=N-1, badcount2 (NewN).
badcount2 (N):- write (“N – отрицательное число”).
badcount3 (N):- write (N), nl, NewN=N+1, check(NewN), !, badcount3 (NewN).
check (M):- M>=0.
check (M):- M<0.